破断伸び求め方と計算式・JIS規格の完全ガイド

破断伸びの求め方・計算式・JIS規格を徹底解説

標点距離を変えるだけで、同じ試験片でも破断伸びの数値が10%以上変わることがあります。

この記事でわかること

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破断伸びの計算式

A = (Lu − L0) / L0 × 100 の意味と正しい使い方を解説します。

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JIS・ASTMによる標点距離の違い

規格によって標点距離の算出方法が異なり、同じ材料でも破断伸びの値が変わります。

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測定ミスを防ぐポイント

破断位置・突き合わせ方法・絞りとの違いなど、現場でよくある落とし穴を整理します。

このページの目次

破断伸びの求め方・計算式・JIS規格を徹底解説

破断伸びとは何か・引張試験における定義と単位

破断伸びとは、引張試験によって試験片が破断したあと、元の標点間距離に対して最終的に伸びた量の割合を百分率（%）で表した値です。記号は「A」で表記され、英語では "Percentage Elongation After Fracture" と呼ばれます。単位は「%」です。長さが伸びた量を表す指標なので「mm」などの長さ単位ではありません。これは重要な確認事項です。

引張試験では試験片に徐々に引張力をかけていきます。最初は弾性変形（力を除くと元に戻る変形）が起き、その後は塑性変形（永久的な変形）へ移行し、最終的に試験片が破断します。破断伸びはこの最終段階で生じた「永久的な伸び」を測定するもので、材料の延性（塑性変形のしやすさ）を定量的に示す重要な指標となります。

なぜ破断伸びが重要なのでしょうか？

延性が高い材料は、過大な荷重がかかったときに「破断する前に大きく変形する」という挙動を示します。これは構造物や部品の安全設計にとって非常に重要で、突然の破断を防ぐ「壊れる前の警告サイン」として機能します。たとえば、破断伸びが30%の軟鋼は、破断直前に元の長さの3割も伸びるため、目視で変形を確認できます。一方、破断伸びが2～3%程度の高強度材や鋳鉄は、ほとんど変形せずに突然割れるため、設計時に十分な安全率が必要になります。

引張強さと破断伸びの関係は一般的に反比例です。高強度材料は破断伸びが小さく、軟らかい材料ほど破断伸びは大きくなる傾向があります。金属加工の現場でよく使われるSS400（一般構造用圧延鋼材）の破断伸びはJIS規格で最小21%以上、SUS304（オーステナイト系ステンレス）は40%以上が一般的な目安です。

参考：引張試験の基礎から試験片形状・JIS規格まで詳しく解説しています。

引張試験｜やり方・JIS規格・目的 - 株式会社神戸工業試験場

破断伸びの求め方と計算式の正しい手順

破断伸びの計算式は次のとおりです。

記号	意味	単位
A	破断伸び	%
Lu	破断後の最終標点間距離	mm
L0	試験前の原標点距離	mm

$$A = \frac{L_u - L_0}{L_0} \times 100 \, (\%)$$

具体的な数値で確認してみましょう。原標点距離（L0）が50mm、破断後の標点間距離（Lu）が68mmの場合、破断伸びは次のように計算します。

$$A = \frac{68 - 50}{50} \times 100 = 36 \, (\%)$$

計算自体は単純です。ただし、測定の手順に注意点があります。

破断後の標点間距離（Lu）を測定するときは、破断した試験片を「突き合わせて」から計測することが必須です。試験片が破断すると、破断部分の弾性変形分が戻る（スプリングバック）ため、突き合わせを行わないと正確な寸法が取れません。突き合わせる際は、両破断片の中心線が一直線上に重なるよう丁寧に合わせます。少しでもズレがあると、破断伸びの値に誤差が生じます。

また、標点間距離の測定精度はJIS Z 2241において「規定寸法の0.4%の精度」が必要とされています。これは50mmの標点距離であれば±0.2mm以内の精度が求められるということです。定規による目測ではなく、ノギスやスケールを使った正確な計測が原則です。

計算結果はJIS規格に従い、破断伸びは「小数点以下1桁のパーセント表示」で記録します。

参考：JIS Z 2241の条文をもとに、破断伸びの計算式と測定方法が詳しく記載されています。

金属材料の引張試験の基礎 - 滋賀県工業技術センター

標点距離の設定方法とJIS規格の試験片の種類

破断伸びの計算において、もっとも注意が必要な要素のひとつが「標点距離（L0）の設定」です。標点距離が変わるだけで、同じ材料・同じ試験でも破断伸びの数値が大きく変化します。これが実務で混乱を生みやすいポイントです。

JIS Z 2241（金属材料引張試験方法）では、試験片の種類に応じて標点距離の算出方法が定められています。代表的なものを整理すると次のとおりです。

🔹 JIS 4号試験片（定形試験片）：標点距離 L0 = 4√a（aは断面積）
🔹 JIS 14A号試験片（比例試験片）：標点距離 L0 = 5.65√a
🔹 ASTM E8（インチ系）：標点距離 L0 = 4D（Dは直径）
🔹 ASTM E8M（メートル系）：標点距離 L0 = 5D

JIS 4号試験片とJIS 14A号試験片では、係数が「4」と「5.65」で異なります。断面積が100mm²の試験片で比較すると、4号は標点距離40mm、14A号は56.5mmとなります。標点距離が短いほど、くびれ部（局部伸び）の影響が相対的に大きくなり、破断伸びの値は大きく出る傾向があります。4号と14A号で同じ材料を試験しても、5～10%程度の差が生じることがあるのです。

つまり、異なる試験片規格で測定した破断伸びの数値は、単純に比較できません。

設計や品質管理において材料仕様書（ミルシート）の破断伸びを確認する際は、どの試験片規格で測定された値なのかを必ず確認することが重要です。国際取引でJIS規格品をASTM規格の仕様書と突き合わせる場合には、この標点距離の違いを考慮しなければ、数値の比較が意味をなさなくなります。

規格	試験片番号	標点距離の算出
JIS Z 2241	4号試験片	4√a（aは断面積mm²）
JIS Z 2241	14A号試験片	5.65√a
ASTM E8	（インチ系）	4D（Dは直径mm）
ASTM E8M	（メートル系）	5D

参考：JISとASTMの標点距離の算出方法の違いを含む、引張試験規格の実務的な解説です。

JIS Z 2241:2011 金属材料引張試験方法 - kikakurui.com

破断伸びと一様伸び・絞りの違いを整理する

現場では「伸び」という言葉がさまざまな意味で使われることがあり、混同しやすい用語がいくつかあります。それぞれを正確に区別することが、材料選定や品質検証の精度を高めるうえで欠かせません。

まず「破断伸び」と「一様伸び」は別の指標です。

一様伸びとは、引張試験において「最大試験力（引張強さ）に達した時点」での塑性伸びを指します。この時点では試験片にくびれが発生しておらず、試験片全体がほぼ均等に伸びている状態です。一方、破断伸びは一様伸びよりも大きい値となり、くびれ発生後から破断までの「局部伸び」も含めた全体の伸びを表します。

一様伸びが重要なのは、塑性加工の観点からです。プレス成形や曲げ加工など、板金加工における成形限界を評価する場合には、実際の変形挙動に近い「一様伸び」のほうが参考になる場合があります。破断伸びは規格適合の判定には使いますが、塑性加工シミュレーションでは一様伸びのほうが扱われることも多い点を覚えておくとよいでしょう。

次に「絞り」との違いについてです。

絞りとは、破断後のくびれ部の断面積が元の断面積に対してどれだけ減少したかを百分率で表した値です。計算式は次のとおりです。

$$Z = \frac{S_0 - S_u}{S_0} \times 100 \, (\%)$$

（Z：絞り、S0：原断面積、Su：破断後の最小断面積）

破断伸びは「長さ方向の変形」を表し、絞りは「断面方向の変形（体積減少）」を表します。絞りは深絞り加工などの成形性評価に直結する指標で、丸棒試験片など円形断面の試験片で使用されるのが一般的です。板状試験片では断面の形状が不均一になるため、絞りの測定は難しく、主に破断伸びで延性を評価します。

破断伸びと絞りは補完的な情報です。両方の値を確認することで、材料の延性をより立体的に把握できます。

参考：破断伸びや絞りを含む引張試験の測定方法全体について、権威ある解説が掲載されています。

金属材料の引張試験方法について - ハードロック工業株式会社

現場で起きやすい破断伸び測定の落とし穴と対処法

破断伸びの計算式自体はシンプルですが、現場での測定には予想以上に注意が必要な点があります。実際の試験現場でよく見られる失敗と、その対処法を整理します。

🔸 落とし穴①：突き合わせが不完全で数値が狂う

試験片を突き合わせる際に、わずかなズレや傾きがあると最終標点距離Luの測定が不正確になります。破断後に試験片の断面を丁寧に突き合わせ、ノギスで複数回測定して平均をとることが実務上の対策です。突き合わせは原則です。

🔸 落とし穴②：破断位置が端部にある場合

試験片の破断位置が標点距離内の端部（チャックに近い位置）に偏ると、くびれ部の伸びが標点内に収まりにくくなるため、破断伸びの測定値が本来より小さくなることがあります。JIS Z 2241では、破断位置が標点の中央付近にない場合でも、測定値が規定値を上回っていれば試験は有効と判断してよいとしています。しかし、測定値が規定値を下回る場合は、補正が必要になるケースがあります。現場ではこの点が見落とされやすいため、注意が必要です。

🔸 落とし穴③：弾性伸びを含めて測定してしまう

破断伸びはあくまで「永久伸び（塑性伸び）」を測定するものです。試験片が破断したとき、破断部に残っていた弾性変形分はスプリングバックで戻ります。突き合わせ測定でこのスプリングバック後の状態を計測することが、弾性伸びを除外する手順となります。破断直後に試験片を突き合わせることが重要です。

🔸 落とし穴④：標点の打刻が不正確

標点は試験前に試験片平行部にポンチ等で打刻しますが、この打刻間隔が規定の標点距離と誤差があると計算結果全体がずれます。打刻精度はJIS規格で「0.4%以内」と定められています。50mmの標点距離ならば±0.2mm以内の精度が求められます。目視頼りの打刻作業は避け、定規やポンチゲージを使いましょう。

これらの落とし穴を回避するだけで、破断伸びの測定精度は大幅に改善されます。測定の手順を一つひとつ確認しながら進めることが、信頼できる数値への近道です。測定手順の標準化（チェックリスト化）も有効な取り組みです。

参考：引張試験における誤差の原因と対処法について、実務的な観点から詳しく解説されています。

金属引張試験で起こる誤差の原因とは？ - NCネットワーク技術Q&A

ミルシートの破断伸びをどう読む？材料選定への実践的な活用法

金属加工の現場では、材料購入時に「ミルシート（材料証明書）」を確認する機会が多くあります。ミルシートには引張試験の結果として、降伏点・引張強さ・破断伸び・絞りなどが記載されています。この破断伸びの数値を正しく読み解くことが、材料トラブルの予防につながります。

まず確認すべきは「規格下限値との比較」です。たとえばSS400のJIS規格では、破断伸びの下限値が21%（板厚により異なる）と定められています。ミルシートに記載された数値が22%と規定下限値に近い場合、加工や使用環境によっては不合格になりかねません。規格値ギリギリの材料は、後工程の加工条件を慎重に設定する必要があります。

次に意識してほしいのは、破断伸びと加工性の関係です。

プレスや曲げ加工を伴う場合、破断伸びが大きい材料ほど成形時に割れが起きにくくなります。加工が複雑になるほど破断伸びの余裕が重要になります。一般的な経験則として、厳しい深絞り加工には破断伸びが30%以上の材料を選定するケースが多く見られます。薄板プレス加工の現場では、破断伸びの実測値が規格下限を10%以上超えていることを選定基準にしている事業所も少なくありません。

また、破断伸びが低い材料は溶接後の熱影響部（HAZ）での割れリスクも高まります。溶接後に機械的性質が変化しやすい材料ほど、溶接条件の管理と破断伸びの確認を組み合わせた品質管理が有効です。

まとめると、ミルシートの破断伸びを確認する際のポイントは次のとおりです。